化工原理课程设计说明书板式精馏塔设计

前言

化工生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。生产中为了满足储存，运输，加工和使用的需求，时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。

精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组成分离该过程是同时进行传质传热的过程。本次设计任务为设计一定处理量的分离四氯化碳和二硫化碳混合物精馏塔。

板式精馏塔也是很早出现的一种板式塔，20世纪50年代起对板式精馏塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计方法。与泡罩塔相比，板式精馏塔具有下列优点：生产能力（2 0%——40%）塔板效率（10%——50%）而且结构简单，塔盘造价减少40%左右，安装，维修都较容易。

化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。

在设计过程中应考虑到设计的业精馏塔具有较大的生产能力满足工艺要求，另外还要有一定的潜力。节省能源，综合利用余热。经济合理，冷却水进出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量。另一方面影响到所需传热面积的大小。即对操作费用和设备费用均有影响，因此设计是否合理的利用热能R等直接关系到生产过程的经济问题。

本课程设计的主要内容是过程的物料衡算，工艺计算，结构设计和校核。

【精馏塔设计任务书】

一设计题目

精馏塔及其主要附属设备设计

二工艺条件

生产能力：10吨每小时（料液）

年工作日：自定

原料组成：34%的二硫化碳和66%的四氯化碳（摩尔分率，下同）

产品组成：馏出液 97%的二硫化碳，釜液5%的二硫化碳

操作压力：塔顶压强为常压

进料温度：58℃

进料状况：自定

加热方式：直接蒸汽加热

回流比：自选

三设计内容

1 确定精馏装置流程;

2 工艺参数的确定

基础数据的查取及估算，工艺过程的物料衡算及热量衡算，理论塔板数，塔板效率，实际塔板数等。

3主要设备的工艺尺寸计算

板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置等。

4流体力学计算

流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性。

5 主要附属设备设计计算及选型

四设计结果总汇

将精馏塔的工艺设计计算的结果列在精馏塔的工艺设计计算结果总表中。

五参考文献

列出在本次设计过程中所用到的文献名称、作者、出版社、出版日期。

流程的设计及说明

图1 板式精馏塔的工艺流程简图

工艺流程：如图1所示。原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品（釜残液）再沸器中原料液部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后进入贮槽再经过冷却器冷却。并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体，其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。为了使精馏塔连续的稳定的进行，流程中还要考虑设置原料槽。产品槽和相应的泵,有时还要设置高位槽。为了便于了解操作中的情况及时发现问题和采取相应的措施，常在流程中的适当位置设置必要的仪表。比如流量计、温度计和压力表等，以测量物流的各项参数。

【已知参数】:

主要基础数据:

表1 二硫化碳和四氯化碳的物理性质

项目分子式分子量沸点(℃) 密度3

/g cm

二硫化碳

2

CS76 46.5 1.260

1.595

四氯化碳4

CCl154 76.8

表2 液体的表面加力 (单位:mN/m)

温度℃46.5 58 76.5

二硫化碳28.5 26.8 24.5

四氯化碳23.6 22.2 20.2

表3 常压下的二硫化碳和四氯化碳的气液平衡数据

液相中二硫化碳摩尔分率x 气相中二硫化碳

摩尔分率y

液相中二硫化碳

摩尔分率x

气相中二硫化碳

摩尔分率y

0.0296 0.0615 0.1106 0.1435 0.2580 0

0.0823

0.1555

0.2660

0.3325

0.4950

0.3908

0.5318

0.6630

0.7574

0.8604

1.0

0.6340

0.7470

0.8290

0.8790

0.9320

1.0

【设计计算】

一、精馏流程的确定

二硫化碳和四氯化碳的混合液体经过预热到一定的温度时送入到精馏塔，塔顶上升蒸气采用全凝器冷若冰霜凝后，一部分作为回流，其余的为塔顶产品经冷却后送到贮中，塔釜采用间接蒸气再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。流程图如图1所示。

二、塔的物料衡算

(一)、料液及塔顶塔底产品含二硫化碳的质量分率

0.3476

0.2030.3476(10.34)154

F a ⨯=

=⨯+-⨯

0.9776

0.941

0.9776(10.97)154

D a ⨯=

=⨯+-⨯0.0576

0.02350.0576(10.05)154

W a ⨯=

=⨯+-⨯

（二）、平均分子量

0.3476(10.34)154127.480.9776(10.97)15478.340.0576(10.05)154150.1

F D W M M M =⨯+-⨯==⨯+-⨯==⨯+-⨯= （三）、物料衡算 每小时处理摩尔量1000010000

78.44/127.48

F F kmol h M === 总物料衡算

D W F +=

易挥发组分物料衡算

0.970.050.34D W F +=

联立以上三式可得：

24.75/53.70/78.44/D kmol h W kmol h F kmol h ===

三、塔板数的确定

（一）理论板N T 的求法 用图解法求理论板

（1） 根据二硫化碳和四氯化碳的气液平衡数据作出y-x 图,如图2所示 （2） 进料热状况参数 q